권인찬(왼쪽부터) GIST 신소재공학과 교수, 태기융 교수, 이재훈 박사, 정준영 석박통합과정생.[GIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 구토, 탈모, 면역 저하와 같은 기존 항암제의 부작용을 일거에 해소할 새로운 방식의 항암 치료 전략이 제시됐다.

광주과학기술원(GIST)은 신소재공학과 권인찬·태기융 교수 공동연구팀이 암 조직에서만 선택적으로 작동하는 ‘이중 효소 기반 항암 시스템’을 개발했다고 27일 밝혔다.

이 기술은 암세포의 필수 영양소인 아르기닌을 제거해 암세포를 굶기고, 동시에 활성산소를 만들어 암세포 사멸까지 유도하는 방식이다. 특히 종양의 산성 환경에서만 효소가 활성화되도록 설계돼 정상 조직 손상을 줄일 수 있는 차세대 정밀 항암 전략으로 주목된다.

항암 치료는 정상 조직의 손상을 줄이면서 암세포를 효과적으로 제거하는 것이 중요하다. 그러나 기존 표적 항암 치료는 약물을 종양까지 전달하거나 종양 환경에서 방출되도록 설계하는 데 초점이 맞춰져 있어, 실제 치료 물질 자체가 정상 조직에서도 작동할 수 있다는 한계가 있었다.

연구팀은 암세포 성장에 필요한 아르기닌을 분해하는 효소인 아르기닌 디카르복실라제(Arginine Decarboxylase, RDC)와 활성산소 생성을 유도하는 디아민 산화효소(Diamine Oxidase, DAO)를 하나의 나노운반체(NC)에 탑재해 연쇄 반응을 구현했다.

연구팀은 세포 및 동물 실험을 통해 항암 효능과 안전성을 검증했다.

동물실험 에서 검증된 항암 효능.[GIST 제공]

세포실험 나노운반체 탑재군에서는 연쇄 반응 속도가 최대 5.1배 증가하며 가장 강력한 효과를 보였다. 이는 두 효소가 가까운 거리에서 연속적으로 작동하도록 설계된 ‘나노반응기’ 구조에 따른 결과다.

동물실험에서는 종양 내 효소 축적량이 최대 3.3~4.6배 증가했고 종양 내 아르기닌 농도는 약 80% 감소했다.

또한 종양의 크기와 무게가 유의미하게 줄어드는 항암 효과가 확인됐으며, 활성산소 증가와 세포 사멸 지표 상승도 관찰됐다. 반면 체중 감소나 주요 장기 독성은 나타나지 않아, 치료 효능과 안전성이 함께 검증됐다.

암세포의 영양 공급을 차단하는 대사 치료와 활성산소 기반 세포 사멸을 동시에 구현함으로써, 기존 아르기닌 고갈형 항암 치료의 한계를 보완한 새로운 정밀 항암 전략을 제시했다.

권인찬 교수는 “이 기술이 고도화될 경우 정상 조직 손상을 줄인 정밀 항암 치료전략으로 확장될 수 있다”면서 “다만 실제 산언화까지는 대량생산 공정, 장기 독성 평가, 면역반응 검증, 다양한 암종 에서의 효능 평가 등이 필요하다”고 말했다.

이번 연구 결과는 생체재료 분야 국제학술지 ‘바이오머티리얼즈 리서치(Biomaterials Research)’에 게재됐다.